Неравномерное квантование

Если вероятность достижения сигналом различных уровней квантования неодинакова, то уменьшая шаг квантования для наиболее вероятных значений сигнала и увеличивая для менее вероятных значений сигнала, можно снизить влияние шума. Однако шкала квантования, минимизирующая уровень шума для одного сигнала, оказывается неоптимальной при другом сигнале.

В телефонных системах с ИКМ обычно ставится задача: выбором закона изменения шага квантования обеспечить примерно равное влияние шума квантования в достаточно широком диапазоне уровней входных сигналов.

Одним из возможных способов осуществления непрерывного квантования - использование компандеров.При этом на передающей стороне за счет использованиякомпрессора (рис. 4 а) динамический диапазон сигнала сжимается, а затем равномерно квантуется. На приемной стороне производится обратное преобразование, т.е. цифро-аналоговое преобразование с равномерным шагом, а затем с помощьюэспандера(рис. 4 б) восстанавливается исходный динамический диапазон. Система, состоящая из последовательно включенных компрессора и экспандера, называетсякомпандером.

а) б)

Рис. 4

4.7. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (дикм)

При передаче речи, телевизионных изображений, данных телеметрии между отсчетами передаваемых сообщений имеются корреляционные связи. Наличие таких взаимосвязей позволяет прогнозировать значения отсчетов, исходя из значений предыдущих отсчетов.

При ДИКМ квантуется не отсчет, а разность между предсказанным и истинным значениями отсчета.

Последовательность коррелированных отсчетов исходного сигнала подают на один из входов вычитающего устройства (рис. 5), а на его другой вход поступает сигнал предсказания, сформированный из предыдущих отсчетов.

(наиболее вероятное значение входного сигнала в-й тактовый момент, принятое на основе отсчетов сигнала до (-1)-го тактового момента включительно из статистических сведений входного сигнала. Частным случаем предсказателя является интегрирующаяR-цепь, с параметромна уровне 0,5).

Полученный таким образом сигнал ошибки предсказания поступает в тракт передачи. Поскольку в сигнале ошибки как раз и содержатся новые сведения, то такой способ передачи называется передача с предсказанием. На приемной стороне (рис. 5) имеется такой же предсказатель, как и на передающей.

Рис. 5. Структурная схема системы с ДИКМ

Так как он оперирует с теми же предыдущими отсчетами, то предсказанное им значение нового отсчета будет таким же, как и на передатчике. Добавив к нему принятое значение ошибки предсказания, можно восстановить истинный отсчет:

.

Основное различие между вариантами технической реализации ДИКМ состоит в операциях формирования разностного сигнала. В одних системах он формируется в аналоговой форме, а затем квантуется и кодируется, в других - сообщение превращается в цифровую форму и все операции выполняются в цифровом виде.

Так как в системе связи с ДИКМ по каналу связи передается не само сообщение, а ошибка его предсказания, то для обеспечения одинакового с ИКМ качества передачи требуется меньшее число разрядов кода.

НедостаткиДИКМ:

1. Специфическая ошибка, связанная с “перегрузкой по наклону”. Она возникает при быстром изменении сообщения, когда разностный сигнал больше, чем можно передать с помощью кодовой комбинации.

2. Существует эффект, связанный с “накоплением “ ошибок, поскольку ошибочный прием кодовой комбинации сопровождается ошибкой приема не только данного, но и последующих отсчетов.